FI96640C - Menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi, etenkin radiosondeissa - Google Patents

Description

96640

Menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi, etenkin radiosondeissa Förfarande för mätning av den relativa fiiktigheten, speciellt i radiosonder 5

Keksinnön kohteena on menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi kapasitiivista kosteusanturia hyväksikäyttäen, etenkin radiosondeissa, jossa anturissa käytetään 10 kondensaattorilevyjen välissä ainetta, jonka permittiviteetti on kyseisen aineen absorboiman vesimäärän funktio, jossa menetelmässä mainittua anturikapasitanssia lämmitetään ajallisesti jaksottaisesti sähkövirralla anturin pinnalle ja/tai ympäristöön kertyneen jään, huurteen ja/tai tiivistyneen kosteuden haitallisten vaikutusten vähentämiseksi, jossa menetelmässä anturikapasitanssin havaitseminen suoritetaan ilman anturin 15 lämpötilan mittausta ja jossa menetelmässä anturin lämmitysaika on murto-osa anturin mittausjaksosta ja anturikapasitanssin havaitseminen suoritetaan lämmitysjakson jälkeen mittausjakson loppuvaiheessa anturin ehdittyä mainitun lämmitysjakson jälkeen stabiloitua ja jäähtyä olennaisesti ympäristönsä lämpötilaan, jolloin se näyttää oikeaa kosteuslukemaa.

20

Ennestään tunnetaan useita erilaisia sähköisesti ilmaistuja lämpötila- ja kosteusantu-reita, joiden impedanssi muuttuu mitattavan suureen funktiona. Tällaisia kosteusantureita tunnetaan esim. USA-patenteista n:ot 3168829ja 3350941 sekä hakijan suomalaisesta patentista n:o 48229.

25

Ennestään tunnetusti käytetään lämpötilan mittaamiseen kapasitiivisia antureita, jotka perustuvat yleensä siihen, että kondensaattorilevyjen välisen eristeaineen permittiivisyys .· on lämpötilasta riippuva, jolloin myös anturin navoista havaittu kapasitanssi riippuu lämpötilasta.

30 96640 2

Esillä olevan keksinnön tekniikan tasoon osaltaan liittyy FI-patentti n:o 48229, jossa on esitetty kapasitiivinen kosteusanturi, jossa dielektrisena eristeaineena on polymeerikalvo, jonka permittiivisyysvakio on polymerikalvon absorboiman vesimäärän funktio.

5 Edellä esitetyissä ja muissakin impedanssin muutokseen perustuvissa antureissa esiintyy ei-toivottuja ilmiöitä, joita ovat mm. antureiden jäätyminen ja kastuminen, säteilyvirhe, antureiden hitaus ja hystereesis.

Hakijan Fl-patenttihakemuksessa 58402 on esitetty menetelmä sähköisen, impedanssin 10 muutokseen perustuvan, kosteusanturin palautuvien muutosten aiheuttamien ei-haluttujen ominaisuuksien pienentämiseksi, etenkin kapasitiivisessa kosteusanturissa, jonka kosteudelle herkkänä materiaalina on orgaaninen polymeeri, jota lämmitetään, ainakin suuremmilla suhteellisilla kosteuksilla, kosteusanturin ympäristön lämpötilaa suurempaan lämpötilaan. Anturin lämmitystehoa voidaan tarvittaessa säätää mitattavan 15 kosteuden funktiona. Mainitussa FI-patendssa mitataan kosteusanturin lämpötila ja/tai ulkolämpötila ja tätä tai näitä apusuureita käytetään hyväksi kosteusmittausarvojen laskemisessa. Ko. FI-patentissa on mainittu, että anturin lämmitys voidaan kytkeä pois mittauksen ajaksi, mutta ei ole tarkemmin esitetty millä tavoin ja missä tarkoituksessa tämä poiskytkeminen tapahtuu. Joka tapauksessa em. FI-patentissa 58402 edellytetään 20 aina anturin lämpötilan mittausta, jonka mittauksen perusteella mittaustulosta koijataan sen vuoksi, että anturi "näyttää" korotetun lämpötilansa vuoksi suhteellisen kosteuden liian pientä lukemaa.

Tekniikan tason osalta lisäksi viitataan hakijan FI-paterutiin 58 403 (vastaava GB-25 patentti 2 047 431), jossa on esitetty säätölaite kosteusanturissa, joka käsittää siltakyt-kennän tai vastaavan, joka sisältää lämpötilasta riippuvaisia vastuselementtejä, joiden • · avulla havaitaan anturin ulkoinen lämpötila ja itse anturin lämpötila Ts ja jonka siltakytkennän erojännitettä käytetään takaisinkytkentäsignaalina, jolla säädetään anturia lämmittävää sähkötehoa. Anturin lämmitysvastuksena käytetään sellaista 30 positiivisen lämpötilakertoimen omaavaa vastuselementtiä, esim. platinavastusta, joka samalla toimii anturin lämpötilan Ts sensorina. Ulkoisen lämpötilan Ta sensorina i· , . . nti I I i 3 96640 käytetään viimemainitun vastuselementin sijoitukseen nähden siltakytkennän toiseen haaraan vastakkain sijoitettua sellaista vastus-termistori-sovitelmaa, että tietty, kullekin anturityypille ominainen funktio Ts = f(Ta) toteutuu säätölaitteen avulla.

S Esillä olevaan keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta lisäksi viitataan hakijan FI-patenttiin 85 770 (vastaava US-patentti 5 156 045), jossa on esitetty menetelmä radiosondien impedanssiantureiden yhteydessä, jossa menetelmässä mitataan anturin tai antureiden lämpötilaa termoparilla, jonka termoelementtien toisen haaran liitos sijoitetaan mitattavan anturin yhteyteen tai tuntumaan ja jonka termoparin toisen haaran liitos 10 sijoitetaan anturia ympäröivään atmosfääriin ja jossa menetelmässä mainitulla termoparilla havaitaan anturin yhteydessä vallitsevan lämpötilan ja ympäröivän atmosfäärin lämpötilan eroa, jota edustavalla sähkösignaalilla vaikutetaan radiosondin mittauskytkennän lähtösignaaliin, joka sisältää tiedon anturilla tai antureilla mitattavasta meteorologisesta suureesta tai suureista.

15

Keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan myös Robert Bosch GmbH:n EP-patenttihakemukseen 89113123.7 (julkaisunumero 0352682 A3). Tässä julkaisussa on esitetty sähkövirralla jaksottaisesti lämmitettävä kosteudenmittausanturi, joka on tarkoitettu lähinnä autojen matkustajatiloissa käytettäväksi ja joka anturi perustuu 20 aktiivisen materiaalin resistanssin muutoksiin.

Esillä olevan keksinnön yleistarkoituksena on kehittää edelleen ennestään tunnettua suhteellisen kosteuden mittaustekniikkaa etenkin radiosondisovellutuksissa siten, että myöhemmin tarkemmin selostettavat epäkohdat vältetään.

25

Keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada uusi mittausmenetelmä, etenkin • * radiosondikäyttöön, jossa kapasitiivinen kosteusanturi joutuu niin suureen kosteuteen, että anturitoiminta huononee ja vettä, huurretta ja/tai jäätä kerääntyy ja kondensoituu anturin aktiiviselle pinnalle tai sen ympäristön rakenteisiin. Kun tällainen häiriötilanne 30 on ohi, kestää kauan ennen kuin vesi tai jää ovat haihtuneet, minkä ajan anturi antaa tietenkin väärän, liian suurta kosteutta ilmoittavan viestin. Edellä mainitussa FI- 4 96640 patentissa 58402 esitetty kapasitiivisen kosteusanturin lämmityksellä voidaan edellä mainittuja epäkohtia välttää, mutta tyydyttävästi ratkaisemattomana ongelmana jää edelleen se, että riittävän tarkan kosteusmittauksen aikaansaamiseksi kosteusanturin lämpötilakin on tunnettava hyvin tarkkaan. Suhteellisen kosteuden ~ 1-2 %:n mittaus-5 tarkkuuden aikaansaamiseksi on anturin lämpötila saatava mitatuksi ~ 0,l°C:n tarkkuudella. Lämpötilan mittauksessa voi olla enemmän absoluuttista virhettä, mutta lämpötilaero ympäristöön nähden on tunnettava mainitulla tarkkuudella. Keksinnön päätarkoituksena onkin aikaansaada sellainen kosteusanturi, jota käyttäen voidaan välttää kosteusanturin pinnalle ja/tai sen ympäristön rakenteisiin veden tiivistymisen ja jääty-10 misen aiheuttamat epäkohdat, esimerkiksi silloin, kun radiosondi lentää alijäähtyneessä pilvessä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä, jossa suhteellinen kosteus voidaan mitata ainakin edellä mainitulla tarkkuudella ~ 1-2 %. Lisäksi keksin-15 nön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä, joka soveltuu erityisen hyvin kertakäyttöisiin radiosondeihin.

Keksinnön menetelmän ensimmäiselle sovellusmuodolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mittausjakson pituuden T0 suhde lämmitysjakson pituuteen tg valitaan alueelta 20 Tg/tg s 10...3000.

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan jättää anturin lämpötilan mittausvaihe ja siinä tarvittavat laite- ja laskentajäijestelyt kokonaan pois, minkä ansiosta menetelmän toteutusvaiheet ja anturirakenteet sekä niihin liittyvät muut 25 jäijestelmät olennaisesti yksinkertaistuvat ja siitä huolimatta päästään edellä mainittuun sondikäytössä yleensä riittävään mittaustarkkuuteen.

i <

Keksinnössä käytetään lämmitysenergiana nimenomaan sähkövirtaa, sopivimmin tasavirtaa, joka johdetaan keksinnön menetelmän mukaisesti anturin tai anturiyhdelmän 30 yhteydessä olevaan resistiiviseen lämmitysvastukseen tai lämmitysvastusten erilaisiin yhdelmiin.

« il ' · HM MK 11411 > > 1 5 96640

Keksinnössä sovellettavaa kosteusanturin lämmitystä tarvitaan poistamaan kosteusmit-tauksen kannalta haitallinen huurre, jää ja vesi anturista. Anturikokonaisuus muodostuu kosteutta mittaavasta osasta ja lämmittävästä osasta. Nämä voivat olla erillisiä rakenteita tai kosteusmittauksen jotain rakennetta voidaan käyttää myös lämmitykseen.

5 Lämmitysteho voi olla tarvittaessa myös säädetty eri tavoin.

Keksinnön mukaisen kosteusanturin lämmityksen toteutuksessa voi olla mittaus ja säätöelektroniikkaa lisänä tavalliseen sondisovellukseen. Tarvittaessa lämmitystarve havaitaan ja lämmittävä elementti voi itse toimia lämmitystarpeen anturina siten, että 10 jää ja/tai kondensoitunut vesi aiheuttavat elementin lämpiämisnopeuden muutoksen ja elektroniikkaa käyttäen mitataan elementin vastuskappaleen ominaisvastuksen nousun hidastuminen. Elektroniikka antaa lämmityksen jatkua tai katkaisee sen tarpeen mukaan. Lämmitysjakso voidaan tehdä kerran sondin yhden mittauskierroksen aikana tai muutenkin. Lämmitysteho voidaan säätää tarvittaessa. Tehon suuruutta voidaan 15 tarvittaessa mitata esimerkiksi lämmityksen kanssa samanaikaisesti lämpiävän vastuksen avulla. Tätä tietoa voidaan myös käyttää jäätymistehokkuuden tai ylikyllästyksen mittarina.

Keksinnössä toteutuu myös se etu, etteivät lämmitykseen käytettyyn sähkövirtaan 20 liittyvät erilaiset sähköilmiöt häiritse anturikapasitanssin mittausta, mikä on siinäkin suhteessa tärkeää, että kyseiset suhteellisen kosteuden mittauksissa käytetyt anturika-pasitanssit ovat varsin pieniä ja niiden kapasitanssiarvo on yleensä alueella 1-100 pF.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen 25 kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin sovellusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

« t t

Kuvio IA esittää päältäpäin nähtynä keksinnön menetelmää soveltavan anturin ensimmäistä sovellusmuotoa.

30

Kuvio IB esittää samaa kuin kuvio IA sivulta nähtynä.

4 6 96640

Kuvio 1C esittää kuvion IA ja IB mukaisen anturin sijaiskytkentää.

Kuvio 2A esittää keksinnön menetelmää soveltavan anturin toista sovellusmuotoa.

5 Kuvio 2B esittää samaa kuin kuvio 2A sivulta nähtynä.

Kuvio 2C esittää kuvioiden 2A ja 2B mukaisen anturin sijaiskytkentää.

Kuvio 3A esittää keksinnön menetelmää soveltavan anturin kolmatta sovellusmuotoa 10 päältäpäin nähtynä.

Kuvio 3B esittää samaa kuin kuvio 3A sivulta nähtynä.

Kuvio 4A esittää sivulta nähtynä sellaista keksinnön mukaista kosteusanturia, jonka 15 lämmitysvastus on kiedottu anturin ympärille.

Kuvio 4B esittää samaa kuin kuvio 4A päältäpäin nähtynä.

Kuvio 5A esittää kuviota 4A vastaavasti siinä esitetyn anturin erästä modifikaatiota.

20

Kuvio 5B esittää kuvion 5A mukaista anturia päältäpäin nähtynä.

«

Kuvio 6 esittää lohkokaaviona keksintöä soveltavaa mittausjäijestelmää, jossa käytetään toisen toteutusmuodon mukaista kosteusanturia.

25

Kuvio 7 esittää kuvion 6 mukaisen jäijestelmän kosteusmittauksen mittaussignaalia ajan : funktiona.

Kuvio 8 esittää kuvion 7 vaaka-aika-akselilla kuvion 10 mukaisen jäijestelmän 30 mittaussekvenssejä.

a im i <>«· t >»**· · 7 96640

Kuvio 9 esittää kuvioiden 6, 7 ja 8 mukaisessa mittausjärjestelmässä käytettyä keksinnön mukaisesti pulssitettua lämmitystä kuvioiden 8 ja 9 vaaka-aika-akselilla.

Kuvio 10 esittää esimerkkiä sellaisesta elektroniikkakytkennästä, jonka avulla on 5 havaittavissa, onko esim. kuvioiden 4A,4B tai 5A,5B mukaisessa anturissa jäätä tai kosteutta.

Kuvioissa IA ja IB esitetty kosteusanturi on rakennettu stabiilille lasisubstraatille 10, jonka toiselle tasopinnalle on tehty anturikapasitanssin elektrodi 13a, jonka päälle on 10 jäljestetty sellainen muovikalvo 12, jonka permittiivisyys on kalvon 12 absorboiman vesimäärän funktio. Kalvon 12 päälle on tehty vettä läpäisevä, mutta kuitenkin sähköäjohtava pintaelektrodikalvo 14, joka on galvaanisessa yhteydessä pintakontaktiin 13b. Mitattava kapasitanssi CM havaitaan kontakteihin 13a ja 13b liitettyjen napojen ct ja C2 väliltä. Kuvioiden IA ja IB mukainen anturi 10 on varustettu sähkölämmitysvas-15 tuksella 15, jonka johdekuvio on tehty substraatin 11 samalle pinnalle kuin pohjaelektro-di 13a. Lämmitysvastukseen 15 on johdettavissa lämmityssähkövirta I, sopivimmin tasavirta kontaktikuvioihin 15a ja 15b liitettyjen napojen Τγ ja r2 kautta.

Kuvioiden IA ja IB mukaisen kosteusanturin 10 sähköinen sijaiskytkentä on esitetty 20 kuviossa 1C. Lämmitysvastukseen R syötetty lämmitysvirta I aikaansaa lämmitystehon W = I2 x R, joka lämmittää mitattavan kapasitanssin aktiivista kalvoa 12, sulattaa sen päältä mahdollisesti olevan jään tai huurteen ja haihduttaa kalvon 12 pinnalta ylimääräisen kosteuden.

25 Kuvioissa 2A ja 2B on esitetty toinen keksinnön mukainen kosteusanturi 10, jossa ei käytetä erillistä lämmitysvastusta, vaan lämmitysvastuksen R muodostaa sähköä : johtava pintaelektrodi 14. Pintaelektrodin 14 vastakkaisiin reunoihin on yhdistetty johdekuviot 13b ja 15a, joihin liitettyjen napojen rt ja r2 kautta syötetään lämmitysvirta I, joka pintaelektrodin 14 johtavan resistiivisen materiaalin kautta kulkiessaan saa aikaan 30 tarkoitetun lämmitysvaikutuksen W = I2 x R, missä R = pintaelektrodin navoista 13a, 15b mitattu resistanssi. Pintaelektrodi 14 on hyvin ohut kosteutta läpäisevä 8 96640 "reikäinen” esim. kultaa oleva kalvo, joka on kuitenkin sähköisesti yhtenäinen ja siten myös johtava.

Kuvioiden 2A ja 2B mukaisen kosteusanturin 10 sähköinen sijaiskytkentä on esitetty S kuviossa 2C, josta näkyy, että mitattavalla kapasitanssilla CM ja pintaelektrodista muodostuvalla lämmitysvastuksella R on yhteinen napa c2 = r2.

Kuvioissa 3A ja 3B on esitetty muutoin kuvioiden IA ja IB mukainen anturi 10 paitsi, että lämmitysvastus IS on sijoitettu lasisubstraatin 11 elektrodeihin 13a, 14 ja aktiiviseen 10 kalvoon 12 nähden vastakkaiselle pinnalle. Kuvioiden 3A ja 3B mukaisen kosteusanturin sijaiskytkentä on kuviossa 1C esitetyn kaltainen. Keksinnön tarkoitusperien saavuttamiseksi kuvioissa 1,2 ja 3 esitettyjen antureiden mitat 1 x m x s ovat suhteellisen pienet niin, että anturista saadaan kooltaan sekä termiseltä massaltaan pieni ja täten riittävän nopeasti lämpenevä ja jäähtyvä. Tyypillisesti edellä esitetyt dimensiot 1 x m x s ovat 15 «4 mm x 1,5 mm x 0,2 mm .

Kuvioissa 4A ja 4B on esitetty sellainen keksinnön mukainen anturi 10, joka on kiinnitetty tukiliuskoihin 16a ja 16b, jotka ovat eristeainetta. Tukiliuskojen 16a, 16b ympärille ja samalla aktiivisen anturin 10 ympärille on kiedottu vastuslankaa 15, josta 20 muodostuu anturia lämmittävä vastus R, jonka napoihin rt ja r2 syötetään lämmitys-virta I. Kuvioissa 5A ja 5B on esitetty muutoin kuvioissa 4A ja 4B esitetyn kaltainen lämmitetty anturirakenne paitsi, että aktiivinen anturi 10 on kiinnitetty yhtenäiseen liuskaan 16, jonka samoin kuin anturin 10 ympäri on kiedottu vastuslankaa 15, joka muodostaa anturin 10 lämmitysvastuksen R. Kuvioiden 4 ja 5 mukaisten antureiden 25 sähköinen sijaiskytkentä on kuviossa 1C esitetyn kaltainen. Täten kuvioiden 4 ja 5 mukaisesti varsinainen anturi 10 ja lämmitysvastus 15 sekä sen mahdolliset tukirakenteet 16a, 16b ovat kuvioista 1-3 poiketen toisistaan erillistä eri valmistusvaiheissa valmistettua rakennetta. Etuna kuvioiden 4 ja 5 mukaisissa rakenteissa on se, että kosteusanturina 10 voidaan käyttää ennestään tunnetun kaltaisia antureita, esim. 30 hakijan tavaramerkillä "Humicup"-markkinoimia antureita. Kuvioiden 1-3 mukaisten rakenteiden erityisetuna on kuitenkin niiden pieni koko sekä pieni terminen massa, josta

Il i U-l lilU Iita : j 9 96640 on keksinnön useissa eri sovelluksissa olennaista etua, kuten myöhemmin tarkemmin selviää.

Kuviossa 6 esitetyssä keksinnön toteutuksessa käytetään yhtä kosteusanturia U = 10, 5 jonka yhteydessä on lämmitysvastus 15, jota lämmitetään lämmityksen tehoyksiköstä 21 lämmitysvirralla I yksikön 22 ohjaamana. Kuvion 6 mukaisesti järjestelmä käsittää mittaussekvenssiyksikön 43, joka ohjaa multiplekseriä 41 ja anturin 10 lämmityksen ohjausyksikköä 22, johon lämmitysteho syötetään yksiköstä 21. Kosteusanturin 10 yhteydessä on lämmitysvastus 15, johon syötetään lämmitysvirta I yksikön 21 10 ohjaamana. Multiplekseri 41 kytkee mittaukseen ja telemetriyhteyteen TE vuoronperään sondin kaikki eri anturit, joita kuviossa 6 on merkitty S, P, K2, T, Uj = 10, Kj. Anturi S edustaa esim. paineanturin lämpötila-anturia, anturi P paineanturia, anturi T lämpötila-anturia ja anturit Kj ja K2 tarkasti tunnettuja referenssi- ja kalibrointiantureita. Multiplekserin 41 kautta em. anturit, jotka ovat yleensä kapasitiivisia antureita, kytketään 15 RC-oskillaattorin 42 taajuuden määräävään kapasitanssiosaan, jolloin oskillaattorista 42 saadaan taajuus fM, joka on verrannollinen mitattavaan suureeseen. Taajuudella fM moduloidaan radiolähetintä 36. Edellä mainitut yksiköt ovat kaasupallon varassa nousevassa radiosondissa ja langattoman telemetrilinkin T kautta radioyhteydessä maa-aseman radiovastaanottimien 37 ja tietojenkäsittely-yksikköjen 38 kanssa. Yksiköllä 38 20 käsitellään, ilmaistaan ja näytetään eri antureilla havaitut ilmakehän fysikaaliset suureet.

Kuvioissa 7, 8 ja 9 on esitetty tarkemmin kuvion 6 mukaisen jäijestelmän toimintaa. Kuvio 7 esittää graafisesti tyypillistä anturista 10 saatavaa mittaussignaalia RHr, joka 25 vaihtelee saha-aaltomaisesti. Ajanhetkellä tj kytketään päälle anturin lämmitysteho W0 = I2 x R ja se on päällä ajan tg, siis ajanhetkeen t2 saakka, jolloin anturista 10 saatava : mittaussignaali RHr on minimissään. Lämmitysteho W0 on tyypillisesti alueella W0 « 1...100 W, sopivimmin alueella W0 ~ 2...10 W. Kun lämmitys kytketään pois päältä, alkaa anturin 10 aktiivinen kalvo 12 jäähtyä ja tällöin anturin 10 näyttämä kasvaa 30 eksponentiaalisesti läheten oikeaa suhteellisen kosteuden arvoa RHm. Anturin "luenta" suoritetaan aikavälillä t3 -14 (kuviossa 8 vaihe u), jolloin anturi 10 on ehtinyt jäähtyä 10 96640 ja stabiloitua pienen termisen massansa vuoksi riittävän lähelle ympäristön lämpötilaa, jolloin anturista 10 saadaan oikea suhteellisen kosteuden lukema = RHM ilman lämpöti-lamittausta ja -kompensointia. Mittausvaiheen t3-t4 jälkeen seuraa anturin 10 uusi lämmitysvaihe ja edellä esitetyt vaiheet toistuvat jaksoissa T0 kuvioiden 7, 8 ja 9 5 mukaisesti.

Kuten kuvioista 7 ja 9 parhaiten näkyy, on lämmitysvaiheen pituus t^, vain murto-osa mittausjakson pituudesta T0, jonka ansiosta saadaan aikaan lämmitysjaksojen välillä kuviossa 7 esiintyvä mittausanturin 10 stabiloituminen ja jäähtyminen aikaan. Mittaus- 10 jakson pituus on radiosondeissa tyypillisesti luokkaa T0 = 0,2...2 s. Lämmitysjakson to pituus on yhtä anturia käytettäessä tyypillisesti luokkaa tg « 1 ms ... 100 ms.

Suhde To/to on yleensä valittu alueelta To/to* 10...3000, sopivimmin alueelta To/tQ * 100...250.

15 Kuvioiden 6-9 mukaisessa sovellusmuodossa käytetään mahdollisimman pienikokoista anturia 10, joka on edullisimmin kuvioissa 1 tai 2 esitetyn kaltaista kooltaan ja termiseltä massaltaan pientä anturia, joka on lisäksi kevyt ja valmistuskustannuksiltaan edullinen ja täten erityisen sovelias kertakäyttöisiin sondeihin.

20 Keksintöön voidaan liittää sellainen piirre, jonka avulla havaitaan anturin aktiivisen pinnan tai sen ympäristön jäätyminen, huurtuminen tai kondensoituneen veden läsnä- olo. Tämä piirre voidaan toteuttaa esim. kuviossa 10 esitetyn kaltaisella kytkennällä, jonka toiminnalle on ominaista lämmitysvastuksen esim. kuvioissa 4 ja 5 esitetyn mukaisissa rakenteissa olevan lämmitysvastuksen 15 lämpenemisen nousunopeuden tai 25 vastaavan mittaus.

: Kuviossa 10 esitetty kytkentä käsittää lämmitystehon syöttöyksikön 21, lämmitystar- peen havainnointiyksikön 23. Yksiköllä 23 ilmaistaan lämmitysvastuksen 15 resistanssin muutosnopeuteen perustuen lämmitystarve yksikön 23 tulosignaalin Uc perusteella.

30 Yksikkö 23 antaa lämmitystehon säätöyksikölle 22 ja/tai lämmityspulssin periodin säätöyksikölle 24 (optionaalinen) säätösignaalit ja c^. Yksikön 23 toiminta perustuu •« !I ! HM HU I fiN ! · « 11 96640 siihen, että jos lämmitysvastuksen 15 ja sen yhteydessä olevan anturikapasitanssin CM yhteydessä on kondensoitunutta vettä, huunetta tai jäätä, on lämmityspulssin päälle-kytkemisen jälkeen lämmitysvastuksen 15 resistanssin nousunopeus olennaisesti hitaampaa verrattuna tilanteeseen, jossa lämmitysvastuksen 15 ja anturikapasitanssin CM 5 aktiivisella pinnalla tai sen ympäristössä ei ole kondensoitunutta vettä, huurretta eikä jäätä, koska viimemainitut muodostavat osaltaan anturivastuksen 15 lämpenemistä hidastavaa termistä massaa. Kun lämmitysvaiheen alkaessa anturivastuksen 15 nousunopeus, joka voidaan ilmaista esim. vakiovirtaa I käytettäessä jännitteen Uc nou-sunopeutena tai vastaavasti, havaitaan määrättyä kynnysarvoa suuremmaksi, lopetetaan 10 lämmitys yksikön 23 signaalien ja/tai (½ ohjaamana. Jos taas vastuksen 15 lämpenemisen ja sen resistanssin nousunopeus on mainittua kynnysarvoa pienempi, jatketaan anturivastuksen 15 keksinnön mukaista periodista lämmitystä yksikön 23 säätösignaali-en Cj ja/tai c2 ohjaamana siihen saakka, kunnes mainittu kynnysarvo ylitetään ja/tai ennalta asetettua sekvenssiä noudattaen.

15

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

20 « • ·

Claims (4)

96640

1. Menetelmä suhteellisen kosteuden mittaamiseksi kapasitiivista kosteusanturia (10) hyväksikäyttäen, etenkin radiosondeissa, jossa anturissa käytetään kondensaattori- 5 levyjen välissä ainetta (12), jonka permittiviteetti on kyseisen aineen (12) absorboiman vesimäärän funktio, jossa menetelmässä mainittua anturikapasitanssia (CM) lämmitetään ajallisesti jaksottaisesti sähkövirralla (I) anturin pinnalle ja/tai ympäristöön kertyneen jään, huurteen ja/tai tiivistyneen kosteuden haitallisten vaikutusten vähentämiseksi, jossa menetelmässä anturikapasitanssin (CM) havaitseminen suoritetaan ilman 10 anturin lämpötilan mittausta ja jossa menetelmässä anturin lämmitysaika to on murto-osa anturin mittausjaksosta T0 ja anturikapasitanssin (CM) havaitseminen ^3-(4) suoritetaan lämmitysjakson tg jälkeen mittausjakson T0 loppuvaiheessa anturin (10) ehdittyä mainitun lämmitysjakson tg jälkeen stabiloitua ja jäähtyä olennaisesti ympäristönsä lämpötilaan, jolloin se näyttää oikeaa kosteuslukemaa (RHM) (kuviot 10-13), 15 tunnettu siitä, että mittausjakson pituuden T0 suhde lämmitysjakson pituuteen tg valitaan alueelta Tg/tg * 10...3000.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu suhde To/to valitaan alueelta Tg/tg * 100...250. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus-jakson pituus T0 valitaan alueelta T0 « 0,2...2 s.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 lämmitysjakson pituus tg valitaan alueelta tg « 1... 100 ms. Il ; 1*4 IMU Ι ί-1-β M i «« 96640